Пример универсальной системы автоматизации физического эксперимента

При автоматизации экспериментальных исследований зачастую необходимо анализировать большие объемы данных, что требует значительных вычислительных ресурсов. Поэтому для управления экспериментом и анализом его результатов используются различные вычислительные машины, зачастую на несколько порядков отличающиеся друг от друга по вычислительной мощности.

Представленная ниже система разрабатывалась по заказу головного института Газпрома - Всесоюзного Научно-Исследовательского Института Природных Газов и Газовых Технологий.

К системе предъявлялись следующие требования:

§ количество каналов для сбора экспериментальных данных не менее 128

§ частотный диапазон измерений - от 0,1 Гц до 1 ГГц

§ разрешение по частоте сигнала - 1 МГц

§ разрешение по фазе сигнала - 0,01 градуса фазы

§ скорость съема информации - от 100 Ksample/s до 1 Gsample/s

§ временной интервал и ширина разрешения импульса сигнала - 1 нс

§ регулируемые напряжения питания устройств - 0 - 120 В, 0 - 30 A

§ точность установки параметров устройства питания - не более 1 мс

§ диапазон выходных сигналов с датчиков - 0-60 мВ, 0-1 В, 0-60 В;

§ допустимые погрешности измерения выходных сигналов с датчиков - 0-60 мВ: 0,0001%, 0-1 В: 0,0001%, 0-60 В: 0,0001%

Основное требование к системе - она должна иметь возможность работы с различными типами экспериментальных установок, обеспечивая минимальное время адаптации системы к новой экспериментальной установке. Окончательная конфигурация аппаратных средств и программного обеспечения приведена на рис. 2

Рис. 2

Компьютерную систему измерения и управления нижнего уровня можно представить в виде рис. 3:

Рис. 3

Основными элементами КСИУ являются (рис. 4):

§ объект автоматизации;

§ датчики;

§ исполнительные устройства;

§ контрольно-измерительная аппаратура и источники эталонных сигналов

§ и собственно средства автоматизации:

§ ЭВМ

§ средства преобразования и ввода/вывода аналоговых и дискретных сигналов. (называемых в технической литературе аппаратурой УСО. УСО – устройства сопряжения с объектом).

Типичными элементами аппаратуры УСО являются нормирующие преобразователи, измерительные усилители, аналоговые и цифровые мультиплексоры и демультиплексоры, цифровые регистры и счетчики, АЦП, ЦАП.

На ЭВМ в КСИУ возлагаются задачи:

§ управления аппаратурой сбора данных в реальном времени;

§ формирование и выдача управляющих воздействий на объект автоматизации;

§ управление контрольно-измерительной аппаратурой и источниками эталонных сигналов;

§ отображение информации о состоянии объекта автоматизации;

§ формирование знаков внимания оператору при возможных критических или аварийных ситуациях.

Для этого необходимо, чтобы все элементы КСИУ имели средства системного сопряжения с ЭВМ, т.е. программно управлялись от ЭВМ. Поэтому средства системного сопряжения (интерфейс) также являются неотъемлемым элементом КСИУ.

Рис. 4

Создание средств автоматизации автоматизированных систем измерения и управления складывается из совокупности связанных задач:

§ выбора структуры и состава ТС КСИУ в соответствии с конкретной задачей управления;

§ расчета требований к техническим характеристикам всех ТС, входящих в состав КСИУ на основе технических требований к техническим характеристикам ИУ в целом;

§ выбора интерфейса для системного сопряжения всех ТС в единый комплекс, управляемый от ЭВМ;

§ разработки алгоритмов, временных диаграмм и программ для автоматизированной системы измерения и управления, включая программы:

- управления аппаратурой;

- математической обработки;

- графического пользовательского интерфейса.

Для создания средств интерфейса пользователя и математической обработки данных могут использоваться наряду с Visual C++ также LabView и LabWindows/CVI. LabWindows/CVI представляет собой интегрированную среду для разработки программного обеспечения систем измерения и управления, включающую кроме стандартных библиотек, типичных, например, для С++, следующие библиотеки:

§ управления аппаратурой, подключаемой к компьютеру с помощью стандартных интерфейсов;

§ сложных видов математической обработки;

§ создания средств графического пользовательского интерфейса.

Простые системы измерения и управления, созданные на базе компьютера и аппаратуры измерения и управления, подключенной к компьютеру с помощью интерфейса, называют виртуальными приборами.

Поиск по сайту: